(Da sinistra a destra) Dr Md Shahriar Hossain, Il professor Yusuke Yamauchi e la dottoressa Katy Wood allo strumento Quokka. Credito:Organizzazione australiana per la scienza e la tecnologia nucleare (ANSTO)
Una grande collaborazione internazionale, che comprendeva ANSTO, ha sintetizzato con successo nanoparticelle di rodio altamente porose che potrebbero essere utilizzate come convertitore catalitico più efficace per i veicoli.
Le nanoparticelle di rodio mesoporose, prodotto utilizzando un modello morbido e una soluzione chimica semplice, erano termicamente stabili fino a 400°C e da tre a quattro volte più efficaci dei normali convertitori catalitici.
Le nanoparticelle mesoporose vengono utilizzate come convertitori catalitici per ridurre l'inquinamento proveniente dai gas di scarico dei veicoli convertendo gas tossici e inquinanti in inquinanti meno tossici.
La ricerca ha il potenziale per ridurre significativamente la quantità di inquinamento causato da auto e camion.
Lo studio, guidato da Bo Jiang e dal Prof Yusuke Yamauchi dell'Istituto Nazionale di Scienza dei Materiali e della Waseda University di Tokyo e dell'Università Wollongong, è stato pubblicato oggi in Comunicazioni sulla natura .
Il professor Yamauchi ha affermato che le nanoparticelle di rodio porose potrebbero apportare un notevole miglioramento all'inquinamento atmosferico nelle città di tutto il mondo.
La diffusione di neutroni a piccolo angolo (SANS) è stata eseguita sullo strumento Quokka presso l'Australian Centre for Neutron Scattering dalla dott.ssa Katy Wood e dalla dott.ssa Shahriar Hossain, Senior Research Fellow dell'Università di Wollongong, caratterizzare le micelle in soluzione in due fasi del processo in cinque fasi.
Ricercatori della Waseda University in Giappone, Bilkent University in Turchia, e Bangabandhu Sheik Mujibur Rahaman Agricultural University in Bangladesh hanno contribuito allo studio.
Metalli in crescita all'interno di modelli duri, come la silice mesoporosa, era stato precedentemente raggiunto, ma ci sono state poche segnalazioni sulla sintesi di catalizzatori di rodio mesoporoso.
Credito:Organizzazione australiana per la scienza e la tecnologia nucleare (ANSTO)
L'uso di un modello morbido è considerato una piattaforma robusta per preparare vari tipi di nanoparticelle metalliche e film nanostrutturati con architettura mesoporosa uniforme,
Sintesi per riduzione chimica
Poiché il rodio è caratterizzato da stabilità, atomi ravvicinati, è meno reattivo chimicamente in condizioni blande.
I ricercatori hanno superato questa sfida selezionando un precursore polimerico, agente riducente e solvente di miscelazione.
Il polimero, poli(ossido di etilene)-b-poli(metilmetacrilato (PEO-b-PMMA) autoassemblato in micelle sferiche con aggiunta di acqua.
Le micelle fungono da modello morbido ma robusto per le nanostrutture mesoporose.
Quando è stata aggiunta una soluzione di Na3RhCl6, si formano micelle composite.
Dopo aver subito la nucleazione, si sono uniti e sono cresciuti in nanostrutture di rodio mesoporose che potevano essere estratte usando un solvente.
Schemi di diffusione di neutroni a piccolo angolo (SANS) di due tipi di soluzioni di micelle polimeriche eseguite sullo strumento Quokka. Credito:Organizzazione australiana per la scienza e la tecnologia nucleare (ANSTO)
Caratterizzazione delle micelle
Poiché le micelle fungono da stampo per la formazione delle nanoparticelle, gli investigatori necessari per caratterizzarli pienamente in soluzione.
"SANS è stato in grado di determinare la dimensione delle micelle, che era di circa 20 nanometri, e confermare che erano omogenei, sfere ben sagomate, " disse Legno.
"Poiché la molecola del polimero sta definendo i pori, apre la possibilità di cambiare la dimensione dei pori o altre modifiche per mettere a punto il prodotto finale, " disse Legno.
Le misurazioni di Quokka hanno anche indicato che le micelle non hanno cambiato forma dopo l'aggiunta del precursore metallico, che era una considerazione importante.
La microscopia elettronica a trasmissione è stata utilizzata anche per una caratterizzazione visiva delle micelle.
La diffrazione dei raggi X a basso angolo ha fornito informazioni dettagliate sui pori; confermò che le aperture erano di dimensioni uniformi e fitte e suggerirono che le particelle erano puramente metalliche.
La spettroscopia fotoelettronica a raggi X ha confermato lo stato elettronico della superficie del rodio.
I ricercatori hanno anche acquisito informazioni sul meccanismo atomico che ha contribuito alla formazione della struttura mesoporosa.
La spettroscopia di assorbimento ultravioletto-vis ha suggerito che gli ioni metallici disciolti si coordinano con la superficie della micella e guidano la nucleazione del precursore del rodio.
Lo studio ha scoperto che le nanoparticelle hanno mantenuto la loro forma e struttura a temperature fino a 400°C e si sarebbero comportate bene come catalizzatori per la rimozione dell'ossido di azoto dai gas di scarico a combustione magra contenenti alte concentrazioni di O2.
